基于GIS的青海湖流域水生态功能分区_陈治荣.pdf

第 40 卷 第 1 期2023 年 1 月长江科学院院报Journal of Changjiang iver Scientific esearch InstituteVol 40No 1Jan 2023收稿日期:2021 08 24;修回日期:2021 11 18基金项目:青藏高原地表过程与生态保育教育部重点实验室自由探索研究项目(TGEZT-2021-05);第二次青藏高原综合科学考察研究项目(2019QZKK0405);青海省创新平台建设专项青海省自然地理与环境过程重点实验室项目(2020-ZJ-Y06)作者简介:陈治荣(1989 )，男，宁夏中宁人，博士，研究方向为水文过程模拟。E-mail:424142312 qq com通信作者:陈克龙(1965 )，男，安徽无为人，教授，硕士，研究方向为生物地理学、湿地生态学。E-mail:ckl7813163 comdoi:10 11988/ckyyb 202108932023，40(1):67 72基于 GIS 的青海湖流域水生态功能分区陈治荣1，曹广超2，3，4，陈克龙2，3，4，马元希2，3，4，王欣烨2，3，4(1 宁夏师范学院 资源环境与生命科学学院，宁夏 固原755100;2 青海师范大学 地理科学学院，西宁810008;3 青海师范大学 青海省自然地理与环境过程重点实验室，西宁810008;4 青藏高原地表过程与生态保育教育部重点实验室，西宁810008)摘要:湖泊型水生态功能分区是以流域数字高程模型(DEM)为底图，通过水文分析划分出目标流域的自然水文单元和水系，借助流域综合调查资料确定水生态功能分区，也是地学分区面向生态环境领域的发展和应用。基于GIS 技术，将研究区 7 大主要河流水系图、DEM、生态系统服务价值总量图、归一化植被指数(NDVI)图、土地利用类型图等进行统一处理为栅格单元相同的栅格图，使用 GS+软件计算各指标要素的空间自相关距离，从而得到各因子之间的空间自相关距离，确定青海湖流域水生态功能一二级分区主导指标和影响指标，运用 ArcGIS 10 0 软件中的空间叠加法对选定的指标栅格图进行模糊叠加，修正分区边界，确定青海湖流域水生态功能一级分区为 8 个。以青海湖流域水生态功能一级分区图为底图，在一级分区的基础上确定青海湖流域水生态功能二级分区为 27 个。青海湖流域水生态功能一、二级分区有助于丰富青海湖流域分异规律研究，为青海湖国家公园的建设提供理论与方法指导。关键词:水生态功能分区;GS+;ArcGIS;青海湖流域中图分类号:P339文献标志码:A文章编号:1001 5485(2023)01 0067 06Water Ecological Functional Zoning of the Qinghai LakeBasin Based on GISCHEN Zhi-rong1，CAO Guang-chao2，3，4，CHEN Ke-long2，3，4，MA Yuan-xi2，3，4，WANG Xin-ye2，3，4(1.College of esources Environment and Life Sciences，Ningxia Normal University，Guyuan755100，China;2.College of Geography，Qinghai Normal University，Xining810008，China;3.Key Laboratoryof Physical Geography and Environmental Process of Qinghai Province，Qinghai Normal University，Xining810008，China;4.Key Laboratory of Surface Process and Ecological Conservation of theQinghai-Tibet Plateau，Ministry of Education，Xining810008，China)Abstract:The water ecological functional zoning for lakes is the development and application of geological zoningin the field of ecological environment With the DEM(Digital Elevation Model)of watershed as a basis，the natu-ral hydrological units and water systems of the target basin can be divided via hydrological analysis，and then thewater ecological functional zoning can be determined in association with comprehensive investigation data of the ba-sin In this research，the maps of seven major rivers in the Qinghai Lake basin were processed by using GIS tech-nology into grid maps of the same grid units Such maps cover the water system，DEM，total value of ecosystemservices，normalized difference vegetation index(NDVI)，and land use types The spatial autocorrelation distanceof each index element was calculated using GS+software so as to obtain the dominant indices and impact factors offirst-level and secondary zones of water ecological function in the Qinghai Lake basin The grid maps of selected in-dicators were processed by the spatial overlay of ArcGIS 10.0 software to modify the boundaries of the zones Fi-长江科学院院报2023 年nally we determined eight first-level water ecological functional zones and 27 secondary zones in the Qinghai Lakebasin The zoning of the primary and secondary water ecological functions is helpful to enrich the study of the dif-ferentiation of the Qinghai Lake basin and provide theoretical and methodological guidance for the construction ofQinghai Lake National ParkKey words:water ecological function zoning;GS+;ArcGIS;Qinghai Lake watershed1研究背景水资源是人类赖以生存的宝贵资源，研究表明我国 57%的河流水体的污染严重，导致水生态功能退化，水质性缺水成为目前亟待解决的问题1 3。从生态系统方面入手，建立完整稳定的水生态功能分区，以生态环境为首，科学规划各生态功能区的水生态系统，是有效解决流域水环境和水质量问题的关键4。同时，不同水生态功能的结构存在差异，其对应的生态环境问题不同，需根据水生态功能的环境特征提出相应的解决方法和措施5。开展水生态功能分区研究，可为水行政管理部门提供一定的技术指导，对具有同样生态功能特征或同一种群的水体进行统一管理6。青海湖位于青藏高原的东北缘，是阻止西部荒漠化向东蔓延的天然屏障，是维系青藏高原东北部生态安全的重要节点，是中国最大的内陆咸水湖，湖水容积855 1010m3、湖岸线长 360 km。近年来青海湖水体面积连续增加，至2019 年，青海湖水体面积已扩大 至4 54938 km2，与 2018 年 同 期 相 比 增 加 了2008 km2，十几年来青海湖水位连续上升。联合国政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panelon Climate Change)发布了第五次评估报告，第一次评估报告(1990 年)至第五次评估报告(2014 年)均提到了全球平均地表温度在过去 100 多年(18802012年)中增加了 0 3 0 6 (1990 年)、0 3 0 6(1996 年)、0 4 0 8(2001 年)、074(2007 年)、085(2014 年)7 10。近半个世纪以来，青藏高原气候出现了由暖干向暖湿方向的转型，且暖湿化程度明显，青海湖则是以降水补给为主的封闭湖泊，受暖干气候的影响，19742004 年青海湖面积减少了2538 km2，约为1974 年湖面积的567%11。水生态功能分区目的是揭示流域水生态系统的空间规律，反映水生态系统特征及其与自然因素的关系6，12。国内外学者在水生态功能分区研究方面的原则、依据、指标和技术方法各不相同13，取得了丰硕的成果。本文在前人研究的基础上，以青藏高原东北部重要的自然地理单元青海湖流域为研究区域，基于 GIS 技术，以流域内大中尺度的水生态系统及其影响因素为研究对象开展水生态功能分区14，为流域水生态环境保护规划、管理方案提供依据。同时，探讨流域水生态的保护目标及其实现途径，维护良好的生态环境，是发展青海湖国家级自然保护区、建设青海湖国家公园的重要支撑，也是青藏高原生态系统保护和修复的重要举措。2材料和方法21研究区概况青海湖流域又称青海湖盆地，是一个独立完整的自然地理单元，地理位置介于 9750E10120E、3615N3820N(图1)，流域总面积 29 600 km2，北起大通山，南至青海南山，西临阿木尼尼库山，东靠日月山。青海湖流域既是连接青海省东部、西部和青南地区的枢纽地带，又是通达甘肃省河西走廊、西藏自治区、新疆维吾尔自治区的主要通道 15，涉及行政范围包括海西蒙古族自治州天峻县、海北藏族自治州刚察县、海晏县、海南藏族自治州共和县等 3 个州、4 个县、26 个乡(镇)、125 个行政村(其中跨流域村 44个)，以及5 个省、州、县属国有农牧场。青海湖流域是青海省生态环境保护和建设的重点区域之一，也是维系青藏高原东北部生态安全的重要水体 16。流域河网呈现明显的不对称分布，西北部面积广阔，河网发育，径流量大，区域内的较大河流均分布于此;东南部地域狭窄，河网稀疏，水量贫乏，多为季节性河流，径流量小。流域多年平均径流量为 16 68 108m3，其中69 月份径流量占全年的80%17。22数据来源与处理利用青海湖流域数字高程模型(DEM)、流域 7大主要河流水系、归一化植被指数(NDVI)、生态系统服务价值总量、土地利用类型等数据开展本研究。DEM 数据来源于地理空间数据云(http:/wwwgscloud cn)，空间分辨率为 90 m，栅 格 大 小 为90 m 90 m。研究区主要有布哈河、沙柳河、哈尔盖河、泉吉河、甘子河、倒淌河、黑马河 7 大河流，在ArcGIS 10 0 软件中，以